Mechanism of V-ATPase-mediated positioning of lysosomes and microtubules

2018 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 16K07357
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Cell biology
• Research Institution: Iwate Medical University
• Principal Investigator: Goto-Matsumoto Naomi (松元奈緒美) 岩手医科大学, 薬学部, 助教 (80403971)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 中西 真弓 岩手医科大学, 薬学部, 教授 (20270506)
• Research Collaborator: Wada Yoh 大阪大学, 産業科学研究所, 准教授 (50212329) ; Wada Ge-Hong (Sun Ge-Hong) 同志社女子大学, 薬学部, 教授 (00314427)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: リソソーム / 破骨細胞 / V-ATPase / Rab

Outline of Final Research Achievements

Bone resorption by osteoclast requires lysosome trafficking to plasma membrane. We found that a3 isoform of proton-pumping V-ATPase is essential for the lysosome trafficking and osteoclast-characteristic localization of microtubules. Furthermore, we demonstrated that a3 specifically interacts with GDP-bound Rab7, small GTPase involved in lysosome trafficking, and Rab7 is not localized to lysosomes in a3-knockout osteoclast. These results suggest that a3 recruits Rab7 to lysosome via its interaction with GDP-bound Rab7. We revealed that acidification by V-ATPase is necessary for localization of GTP-bound Rab7 to lysosome. We also showed that V-ATPase induced during osteoclast differentiation is inactive when osteoclasts were cultured on plastic dish, suggesting the mechanism for activation of V-ATPase after adhesion to bone.

Free Research Field

細胞生物学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、分泌リソソームの移動メカニズムを分子レベルで解明した点に意義がある。分泌リソソームは骨吸収だけでなく、細胞傷害性T細胞や高転移性のがん細胞でも重要な役割を果たしており、骨代謝疾患の発症機構解明や治療法の開発に役立つだけでなく、免疫反応や転移の制御にもつながる成果である。
オルガネラ輸送がV-ATPaseによりコントロールされていることを示した点も重要である。V-ATPaseはアイソフォームの違いにより構造的な多様性があり、Rabは哺乳動物で60種類以上同定されている。各V-ATPaseと相互作用するRabを明らかにすることで、オルガネラ輸送の全容解明につながると期待される。